一种引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统及监测方法与流程

本发明涉及一种引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统及监测方法，属于水利水电工程大坝安全监测。

背景技术：

1、对于面板堆石坝，在坝体变形过大、面板与坝体变形不协调以及库水位升降等不利因素影响下，面板可能出现脱空变形，进而引起其产生裂缝甚至断裂的灾变情况，导致大坝出现严重渗漏，极大影响工程建设及运行安全。因此，工程上通常采用在典型面板的重点部位安装脱空计来监测其脱空变形。

2、但是，传统的脱空计是由两支大量程的位移计组合而成，其观测结果精度受两支位移计共同影响，同时由于传感器为电测仪器，在长期高库水压力作用及大坝变形的恶劣环境下，仪器自身及其电缆被损坏会导致整套脱空计报废，无法继续进行观测，其长期稳定性差、精度低、损坏率高。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统及监测方法。

2、本发明通过以下技术方案得以实现：

3、一种引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统，包括堆石坝、坝体变形测量装置和面板变形测量装置，所述堆石坝的主堆石区的上游坡面上设有垫层，所述垫层的上游坡面上设有面板，所述坝体变形测量装置设在垫层上，并位于面板内，且坝体变形测量装置的上端设在堆石坝的坝顶，所述面板变形测量装置设在面板上，且面板变形测量装置的上端设在堆石坝的坝顶。

4、所述坝体变形测量装置包括应变机构和测量机构，应变机构沿垫层的上游坡面倾斜布置，测量机构设在堆石坝的坝顶，并与应变机构的上端连接。

5、所述面板变形测量装置包括应变机构和测量机构，应变机构沿面板的上游坡面倾斜布置，测量机构设在堆石坝的坝顶，并与应变机构的上端连接。

6、所述应变机构包括保护管和并排设在保护管内的多根高强度不锈钢丝。

7、所述保护管包括多根同轴布置的镀锌钢管，且相邻两根镀锌钢管通过伸缩节进行连接。

8、所述镀锌钢管与伸缩节的连接处用土工布缠绕密封；镀锌钢管内设有分线卡。

9、多根所述高强度不锈钢丝的上端均与测量机构连接，下端一一对应从多根镀锌钢管的下端穿出后连接有锚板，锚板通过膨胀螺丝与垫层或者面板连接。

10、所述测量机构包括多个测头，多个测头与应变机构中的多根高强度不锈钢丝的上端一一对应连接；

11、测头包括刻度盘、伺服电机和里程计，刻度盘为圆盘，量程为0°～360°，用于读取高强度不锈钢丝的倾斜角度，伺服电机的输出轴与高强度不锈钢丝的上端连接，用于张紧高强度不锈钢丝，里程计用于测量高强度不锈钢丝的伸缩位移量。

12、一种引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统的监测方法，包括以下步骤：

13、步骤一、在面板钢筋绑扎施工前，将坝体变形测量装置安装到垫层和堆石坝的坝顶上，形成坝体变形的第一测线；

14、步骤二、在面板混凝土施工完成后，将面板变形测量装置安装到面板和堆石坝的坝顶上，形成面板变形的第二测线；

15、步骤三、控制坝体变形测量装置中的所有伺服电机，对应将坝体变形测量装置中的所有高强度不锈钢丝张紧至固定张紧力并进行保持，使每根高强度不锈钢丝均处于张紧状态，然后读取固定张紧力下每根高强度不锈钢丝的初始长度l坝体、初始里程值在任意时刻获取每根高强度不锈钢丝的里程值倾斜角度α，并计算任意时刻的坝体变形为：

16、

17、步骤四、控制面板变形测量装置中的所有伺服电机，对应将面板变形测量装置中的所有高强度不锈钢丝张紧至固定张紧力并进行保持，使每根高强度不锈钢丝均处于张紧状态，然后读取固定张紧力下每根高强度不锈钢丝的初始长度l面板、初始里程值在任意时刻获取每根高强度不锈钢丝的里程值倾斜角度β，并计算任意时刻的面板变形为：

18、

19、步骤四、将第一测线上的所有测点与第二测线上的所有测点进行对齐，并计算面板在任意测点处的脱空变形t为：

20、

21、所述步骤一中将坝体变形测量装置安装到垫层和堆石坝的坝顶上的方法包括以下步骤：

22、步骤a、在垫层的上游坡面上开挖多个沟槽，然后对沟槽内进行清理、平整，并对沟槽底进行人工压实；

23、步骤b、将坝体变形测量装置中的镀锌钢管一一对应放入到垫层上的沟槽中，并通过膨胀螺丝将高强度不锈钢丝下端的锚板固定在相应沟槽内的预制混凝土基座上；

24、步骤c、采用与垫层相同的材料对沟槽进行回填，并压实、平整，然后将高强度不锈钢丝的上端与安装在堆石坝坝顶的测量机构进行连接即可；

25、所述步骤二中将面板变形测量装置安装到面板和堆石坝的坝顶上的方法为：先将面板变形测量装置中的应变机构放置到面板的上游坡面上，并用管箍将镀锌钢管预固定，然后分别通过膨胀螺丝将每根高强度不锈钢丝下端的锚板固定到面板上，再将管箍紧固，最后将高强度不锈钢丝的上端与安装在堆石坝坝顶的测量机构进行连接即可。

26、本发明的有益效果在于：

27、具体的，本发明在面板表面和垫层表面布置能与面板和坝体同步变形的固定测点，固定测点通过高强度不锈钢丝带动安装在坝顶的测量机构，然后通过测量伺服电机输出轴的转动位移量和高强度不锈钢丝的倾斜角度，即可分别计算出面板和坝体的变形量，并据此计算面板与坝体间的差异变形量，即可知道面板的脱空变形，实现对面板脱空变形的测量。而且所有固定测点采用纯机械方式传递位移，固定测点安装后不会被施工破坏，也能完全适应长期高库水压力作用及大坝变形的恶劣环境，显著降低了仪器的损坏率。另外，各固定测点均能够单独工作，互不影响，提高了监测的精度和可靠性。

技术特征：

1.一种引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统，其特征在于：包括堆石坝、坝体变形测量装置和面板变形测量装置，所述堆石坝的主堆石区(1)的上游坡面上设有垫层(2)，所述垫层(2)的上游坡面上设有面板(7)，所述坝体变形测量装置设在垫层(2)上，并位于面板(7)内，且坝体变形测量装置的上端设在堆石坝的坝顶，所述面板变形测量装置设在面板(7)上，且面板变形测量装置的上端设在堆石坝的坝顶。

2.如权利要求1所述的引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统，其特征在于：所述坝体变形测量装置包括应变机构和测量机构(6)，应变机构沿垫层(2)的上游坡面倾斜布置，测量机构(6)设在堆石坝的坝顶，并与应变机构的上端连接。

3.如权利要求1所述的引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统，其特征在于：所述面板变形测量装置包括应变机构和测量机构(6)，应变机构沿面板(7)的上游坡面倾斜布置，测量机构(6)设在堆石坝的坝顶，并与应变机构的上端连接。

4.如权利要求2或3所述的引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统，其特征在于：所述应变机构包括保护管和并排设在保护管内的多根高强度不锈钢丝(4)。

5.如权利要求4所述的引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统，其特征在于：所述保护管包括多根同轴布置的镀锌钢管(3)，且相邻两根镀锌钢管(3)通过伸缩节进行连接。

6.如权利要求5所述的引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统，其特征在于：所述镀锌钢管(3)与伸缩节的连接处用土工布缠绕密封；镀锌钢管(3)内设有分线卡。

7.如权利要求5所述的引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统，其特征在于：多根所述高强度不锈钢丝(4)的上端均与测量机构(6)连接，下端一一对应从多根镀锌钢管(3)的下端穿出后连接有锚板(5)，锚板(5)通过膨胀螺丝与垫层(2)或者面板(7)连接。

8.如权利要求4所述的引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统，其特征在于：所述测量机构(6)包括多个测头，多个测头与应变机构中的多根高强度不锈钢丝(4)的上端一一对应连接；

9.一种如权利要求1至8任一项所述的引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

10.如权利要求1所述的引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统的监测方法，其特征在于：所述步骤一中将坝体变形测量装置安装到垫层(2)和堆石坝的坝顶上的方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种引张线式堆石坝面板脱空变形监测系统及监测方法，属于水利水电工程大坝安全监测技术领域。该系统包括堆石坝、坝体变形测量装置和面板变形测量装置，所述堆石坝的主堆石区的上游坡面上设有垫层，所述垫层的上游坡面上设有面板，所述坝体变形测量装置设在垫层上，并位于面板内，且坝体变形测量装置的上端设在堆石坝的坝顶，所述面板变形测量装置设在面板上，且面板变形测量装置的上端设在堆石坝的坝顶。所有固定测点采用纯机械方式传递位移，固定测点安装后不会被施工破坏，也能完全适应长期高库水压力作用及大坝变形的恶劣环境，显著降低了仪器的损坏率。另外，各固定测点均能够单独工作，互不影响，提高了监测的精度和可靠性。

技术研发人员：彭浩,郑雪玉,卞晓卫,郭法旺,周以林,朱宝强
受保护的技术使用者：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20